v
MC LC

LIăCAMăĐOAN i
LI CMăN ii
Đăxutămôăhìnhăthcănghim,ătinăhƠnhăthităkăvƠăchătoăhăthngătnădngă
nhităthiă,ătinăhƠnhăthcănghimăvƠăkimăchngăcácăktăqu. iii
MC LC v
DANH SÁCH BNG viii
DANH SÁCH HÌNH ix
Chngă1ăTNG QUAN 1
1.1. Đặt vấn đề 1
1.2. Các kết qu nghiên cu trong vƠ ngoƠi nớc đư công b 6
1.2.1. Trong nớc 6
1.2.2. NgoƠi nớc 7
1.3. Mc đích ca đề tài 8
1.4. Nhiệm v ca đề tài và giới hn ca đề tài. 9
1.5. Phng pháp nghiên cu 9
Chngă 2ă NGHIểNă CU TNG TH V CÁC DNGă ĐIU KIN BIÊN
TRONGăMỌIăTRNG PHN MM ANSYS CFX 11
2.1. Giới thiệu phần mềm ANSYS 11
2.1.1. Giới thiệu chung 11
2.1.2. Kiểu bài toán có thể phân tích với ANSYS 14. 13
2.2. Lý thuyết về điều kiện biên. 15
2.2.1. Định nghĩa điều kiện biên 15
2.2.2. Mt s điều kiện biên toán học. 15
2.3. Các dng điều kiện biên trong ANSYS CFX. [7] 16
2.3.1. Kiểu biên INLET. 17
2.3.2. Kiểu biên OUTLET. 18
2.3.3. Kiểu biên OPENING. 19
vi

vii
4.2.1. Thiết kế, mô phng kiểm tra nhiệt đ với trng hp 1 46
4.2.1.1. Thiết kế mô hình ng bao ngoài 46
4.2.1.2. Mô phng , kiểm tra nhiệt đ đầu ra ( Trng hp 1) 47
4.2.2. Thiết kế, mô phng kiểm tra nhiệt đ với trng hp 2 52
4.2.2.1. Thiết kế mô hình ng bao ngoài 52
4.2.2.2. Mô phng , kiểm tra nhiệt đ đầu ra ( Trng hp 2) 52
4.3. Đề xuất cho mô hình thực nghiệm 56
4.4. So sánh kết qu quá trình thực nghiệm với mô phng 58
4.4.1. Quá trình thực nghiệm : 58
4.4.2. Kết qu thực nghiệm 59
4.4.3. So sánh với kết qu mô phng 59
Chngă5ăKT LUN 61
TÀI LIU THAM KHO 63
PH LC 64

viii
DANH SÁCH BNG

Bng 1.1. Nguồn nhiệt thi và chất lng 2
Bng 1.2: Nhiệt đ nhiệt thi trong vùng nhiệt đ cao từ các nguồn khác nhau 3
Bng 1.3. Nhiệt đ nhiệt thi điển hình trong vùng nhiệt đ trung bình từ các nguồn
khác nhau 4
Bng 1.4: Nhiệt đ nhiệt thi điển hình trong vùng nhiệt đ thấp từ các nguồn khác
nhau 4
Bng 1.5. Các ng dng và thiết bị thu hồi nhiệt thi 5
Bng 3.1: Kết qu mô phng sau khi thay đổi khong cách X với mẫu 1 36
Bng 3.2: Kết qu mô phng sau khi thay đổi khong cách X với mẫu 2 37
Bng 3.3: Kết qu mô phng sau khi thay đổi khong cách X với mẫu 3 38
Bng 3.4: Kết qu mô phng sau khi thay đổi khong cách X với mẫu 4 39

Hình 3.11: Biểu đồ nhiệt đ đầu ra khi thay đổi khong cách X với mẫu 1 36
Hình 3.12 :Biểu đồ nhiệt đ đầu ra khi thay đổi khong cách X với mẫu 2 37
Hình 3.13: Biểu đồ nhiệt đ đầu ra khi thay đổi khong cách X với mẫu 3 38
Hình 3.14: Biểu đồ nhiệt đ đầu ra khi thay đổi khong cách X với mẫu 4 39
Hình 3.15: Biểu đồ so sánh nhiệt đ đầu ra  4 mẫu. 40
Hình 3.16: To gân trên ng x 40
Hình 3.17: Biểu đồ so sánh nhiệt đ đầu ra khi to gân trên ng x  mẫu 2 41
Hình 3.18: Biểu đồ nhiệt đ đầu ra khi thay đổi thng s lu lng hút 42
x
Hình 3.19 : Biểu đồ so sánh nhiệt đ  mẫu 2T, 2S 42
Hình 4.1 : Đng c máy phát điện CAT D333 43
Hình 4.2 : ng x khí thi 44
Hình 4.3 : Kích thớc s b ca ng x 44
Hình 4.4 : Quá trình gia nhiệt không khí ca hệ thng 45
Hình 4.5 : Hai trng hp mô phng (1): dòng gia nhiệt bằng qut thổi đặt  đầu
vào(inlet); (2): dòng gia nhiệt bằng qut hút đặt  đầu ra(outlet) 46
Hình 4.6 : ng bao ngoƠi vƠ kích thớc 46
Hình 4.7 : Mô hình 3D ( trng hp 1) 47
Hình 4.8 : Mô hình hình học ca bài toán 47
Hình 4.9: Chia lới 47
Hình 4.10: Miêu t các thng s đầu vào cho bài toán 48
Hình 4.11: Điều kiện biên INLET 48
Hình 4.12: Điều kiện biên OUTLET 49
Hình 4.13: Điều kiện biên WALL 49
Hình 4.14: Biểu đồ so sánh nhiệt đ đầu ra ca 3 mẫu (trng hp 1) 50
Hình 4.15: To gân trên ng x 50
Hình 4.17: ng bao ngoƠi vƠ kích thớc 52
Hình 4.18: Mô hình 3D ( trng hp 2) 52
Hình 4.19: Mô hình hình học ca bài toán 53
Hình 4.20: Chia lới 53

Hiện nay nguồn năng lng nƠy đc tận dng để dùng vào nhiều mc đích
khác nhau: Sn xuất hi, điện năng, điều hoà không khí hay làm lnh không khí cấp
vƠo đng c.
Ví d về hệ thng tận dng nhiệt khí thi lò nung clinker phát điện  Nhà máy
xi măng Hà Tiên 2. Nguyên lý hot đng ca hệ thng: khí thi từ lò quay có nhiệt
đ từ 350 – 380
0
C đc dẫn vào nồi hi thực hiện trao đổi nhiệt to ra hi quá
nhiệt. Dùng hi quá nhiệt quay turbine dẫn đng máy phát điện. Phần khí sau khi đư
qua trao đổi nhiệt còn khong 230
0
C đc đa về sấy liệu cho máy nghiền bt sng.
Khi lò nung hot đng bình thng với công suất 3.000 tấn clinker/năm, nhƠ máy
phát đc 3 MW điện. Ngoài hiệu qu chính là thu hồi lng nhiệt thi từ lò nung
để phát điện làm gim chi phí tiêu th điện năng, hệ thng thu hồi nhiệt thi còn có
những tác dng ph tích cực nh:
Hệ thng đư hấp th nhiệt và chuyển thƠnh điện năng, lƠm gim nhiệt đ 
đầu vào ca các thiết bị thuc công đon phía sau giúp các thiết bị hot đng ổn
định hn, gim h hng, tăng tuổi thọ máy nghiền bt sng, qut gió KK15-KM02,
lọc bi tĩnh điện.
2
Khi tận dng nhiệt thi, cần xem xét trớc hết là chất lng nhiệt thi.
Dựa vào loi quy trình, có thể tận dng nhiệt thi ti bất kỳ nhiệt đ nào từ
nhiệt đ thấp ca nớc làm mát đến nhiệt đ cao ca khí thi trong lò luyện ,lò nung
công nghiệp, đng c. Thông thng, nhiệt đ cao hn tng ng với tận dng
nhiệt chất lng cao hn vƠ li nhuận so với chi phí cao hn. Trong bất kỳ nghiên
cu về tận dng nhiệt thi nƠo cũng vô cùng cần thiết phi có ng dng ca nhiệt
đc tận dng. Những ví d điển hình về sử dng nhiệt thu hồi bao gồm gia nhiệt
s b không khí đt, si hoặc gia nhiệt s b nớc cấp nồi hi hay nớc trong quy
trình sn xuất.

làm lnh
2. Cấp thấp nếu b phận làm lnh đc sử dng
nh mt bm nhiệt
6
Nhiệt trong các sn phẩm ra khi
quy trình
Chất lng ph thuc vào nhiệt đ
7
Nhiệt trong các chất thi dng khí
và dng lng ra khi quy trình
Kém, nếu bị ô nhiễm nặng và do vậy cần có
thiết bị trao đổi nhiệt hp kim
3
- Tiềm năng tận dng nhiệt thi đi với các quy trình công nghiệp khác nhau:
Có thể tân dng nhiệt thi từ các quy trình công nghiệp khác nhau. Có sự phân biệt
rõ giữa nhiệt đ thấp, nhiệt đ trung bình và nhiệt đ cao ca nhiệt thi.
Bng 1.2 cho biết nhiệt đ ca khí thi từ các thiết bị xử lý công nghiệp trong
vùng nhiệt đ cao. Tất c các kết qu nƠy đều từ quy trình đt nhiên liệu trực tiếp.
Bng 1.2: Nhiệt đ nhiệt thi trong vùng nhiệt đ cao từ các nguồn khác nhau

Bng 1.3 cho biết nhiệt đ ca khí thi từ các thiết bị xử lý công nghiệp trong vùng
nhiệt đ trung bình. Hầu hết nhiệt thi trong vùng nhiệt đ nƠy đều đến từ khí x
ca các b phận trong quy trình đt trực tiếp.
Loi thit b
Nhităđ (
0
C)
Lò tinh luyện niken
1370 – 1650
Lò tinh luyện nhôm

Bng 1.4: Nhiệt đ nhiệt thi điển hình trong vùng nhiệt đ thấp từ các nguồn khác
nhau
Loi thit b
Nhităđ (
0
C)
X nồi hi
230 – 480
X tuabin khí
370 – 540
X đng c pittông
315 – 600
X đng c pittông (tuabin chịu ti)
230 – 370
Lò xử lý nhiệt
425 – 650
Lò nớng và sấy
230 – 600
Máy cán nghiền xúc tác
425 – 650
Hệ thng làm mát lò 
425 - 650
Ngun
Nhităđ
0
C
Ngng hi từ quy trình
55-88
Nớc làm mát từ: Cửa lò luyện
32-55

Nhităđ
Ngun ph bin
Nhng ng dng
ph bin
Thiết bị thu hồi
nhiệt bc x
H
Khí x lò hi hoặc lò
thiêu
Gia nhiệt s b
không khí đt cháy
Thiết bị thu hồi
nhiệt đi lu
M-H
Lò  hoặc  đều, lò nung
chy, m đt sau, thiết bị
thiêu khí, m đt ng bc
x, lò gia nhiệt li
Gia nhiệt s b
không khí đt cháy
Máy thu hồi nhiệt
ca lò luyện
H
Lò nung chy thép và
thy tinh
Gia nhiệt s b
không khí đt cháy
Bánh xe nhiệt kim
loi
L-M

Hi thi, máy sấy không
khí, lò nung và lò lửa quặt
Gia nhiệt s b
không khí cháy, gia
nhiệt s b nớc bổ
sung cho nồi hi,
sn sinh hi, nớc
nóng , si
Nồi hi nhiệt thi
M-H
Khí thi từ tuabin khí,
đng c pittông, lò thiêu
và lò luyện
Sn sinh hi hoặc
nớc nóng

6
Trong những đề tài nghiên cu về tận dng nhiệt thi, tận dng nhiệt thi bằng
hệ thng thu hồi nhiệt đang lƠ cách tt nhất để phc hồi nhiệt thi và tiết kiệm
nhiên liệu . Sự phc hồi và sử dng nhiệt thi không chỉ bo tồn nhiên liệu , nhiên
liệu hóa thch thng mà còn làm gim lng nhiệt thi và hiêu ng nhƠ kính đi
với môi trng.
Với Việt Nam là mt quc gia có nền công nghiệp đang phát triển. Cùng với
xu hớng đó lƠ sự phát triển mnh mẽ ca mng lới giao thông vƠ phng tiện vận
ti . Theo s liệu thng kê tháng 09/2012 ca Cc Đăng kiểm Việt Nam, s lng
phng tiện giao thông vận ti đng b, đng thy và xe máy trong c nớc nh
sau: 1.504.432 ôtô đang lu hƠnh, 2.287.225 xe máy sn xuất lắp ráp mới năm
2012, 258.080 tàu sông các loi, 1.612 tàu biển. 100 % tàu thy đc trang bị đng
c diesel, 100 % xe máy đc trang bị đng c xăng, khong 65 % ôtô đc trang
bị đng c diesel vƠ khong 35 % ô tô đc trang bị đng c xăng. Hai loi đng c

Tuabin nhiệt.
- M. Talbi and B. Agnew, Energy recovery from diesel engine exhaust gases for
performance enhancement and air conditioning, Applied Thermal Engineering, vol.
22, 2002, đư nghiên cu đề tài phc hồi năng lng từ khí thi đng c diesel để
nâng cao hiệu suất vƠ điều hòa không khí.
- P. Sathiamurthi, “Design and Development of Waste Heat Recovery System for
air Conditioning,” Unit European Journal of Scientific Research, Vol.54 No.1
(2011) Thiết kế và phát triển nhiệt thi phc hồi hệ thng cho điều hòa không khí
- Hou Xuejun and Gao Deli, “Analysis of Exhaust Gas Waste Heat Recovery and
Pollution Processing for Z12V190 Diesel Engine,” Maxwell Scientific
Organization, Res. J. Appl. Sci. Eng. Technol.,vol.4, 2012, đư nghiên c phân tích
thu hồi nhiệt khí thi và xử lý ô nhiễm cho Đng c Diesel Z12V190 .
Trong những nghiên cu về công nghệ tiết kiệm năng lng . Thu hồi nhiệt khí
thi từ đng c đc coi là mt trong những công nghệ tiết kiệm năng lng hiệu
qu nhất. Nhiều nhà nghiên cu nhận ra rằng tận dng nhiệt thi từ đng c tuy
không làm gim nhiệt khí thi và ô nhiễm môi trng nhng nó mang li nhiều li
ích về kinh tế.
8
1.3. Mcăđíchăcaăđ tài
Kỹ thuật sấy đóng vai trò vô cùng quan trọng trong công nghiệp vƠ đi sng.
Trong quy trình công nghệ sn xuất ca rất nhiều sn phẩm đều có công đon sấy
khô để bo qun dƠi ngƠy. Công nghệ nƠy ngƠy cƠng phát triển trong công nghiệp
nh công nghiệp chế biến hi sn, rau qu , công nghiệp chế biến g, công nghiệp
sn xuất vật liệu xơy dựng vƠ thực phẩm khác. Các sn phẩm nông nghiệp dng ht
nh lúa, ngô, đậu, café… sau khi thu hoch cần sấy khô kịp thi, nếu không sn
phẩm sẽ gim phẩm chất thậm chí bị hng.
Bảo quản sau thu hoạch hải sản kém: Mất 8.000 tỷ đồng/năm
Thu hoch hi sn  cng cá Tam Quan Bắc (HoƠi Nhn-Bình Định.) KTNT -
ớc tính, mi chuyến biển ca ng dơn có khong 20 - 30% sn lng khai thác
(tƠu lới kéo bo qun bằng ớp mui) bị tổn thất. Nh vậy, mi năm c nớc mất

mô phng hệ thng tận dng nhiệt thi từ đng c vƠo lĩnh vực sấy. Do vậy giới hn
ca đề tƠi :
- Hệ thng tận dng nhiệt thi từ đng c đt trong.
- Nhiệt đ khí sau khi hệ thng thu hồi đc: 50
o
C.
- Luận văn chỉ tập trung vƠo hệ thng tận dng nhiệt thi, ko nghiên cu sâu
về hệ thng sấy
1.5.ăPhngăphápănghiênăcu
Nghiên cu chế to hệ thng tận dng nhiệt thi bằng cách tận dng nhiệt thi
từ đng c theo phng pháp mô phng kết hp với thực nghiệm.
- Tham kho các công trình nghiên cu về hệ thng tận dng nhiệt thi
- Tham kho tƠi liệu chất lng vƠ tiềm năng sử dng nhiệt thi
- Đề xuất dng mô hình rồi tính toán lý thuyết ca hệ thng bằng phần mềm
mô phng Ansys 14, dựa trên lý thuyết tìm các thông s ti u ca hệ thng đề hoƠn
chỉnh mô hình.
10
- Chế to mô hình hệ thng thí nghiệm. chế to thiết bị thực tế, sử dng thiết
bị trong điều kiện thực tế vƠ hiệu chỉnh lần cui trớc khi triển khai ng dng.
các dng bài toán. Cac kết qu tính toán đc ghi lu vƠo các File dữ liệu. Việc
xuất các dữ liệu đc tính toán vƠ lu trữ, ANSYS có hệ hậu xử lý mnh, cho phép
xuất dữ liệu đới dng đồ thị, nh, để có thể quan sát trng ng suất, biến dng
hoặc nhiệt đ, đồng thi cũng cho phép xuất kết qu dới dng bng s.
ANSYS là mt phần mềm mnh vƠ để gii các bài toán với s phần tử lớn thì
đòi hi cấu hình máy cao. ANSYS có những tính năng nổi bật như sau :
12
- Kh năng đồ họa mnh mẽ giúp cho việc mô hình cấu trúc rất nhanh và
chính xác, cũng nh truyền dẫn những mô hình CAD. [3]
- Gii đc nhiều loi bƠi toán nh : Tính toán chi tiết máy, cấu trúc công
trình, điện, điện tử, điện từ, nhiệt, lu chất …
- Th viện phần tử lớn, có thể thêm phần tử, loi b hoặc thay đổi đ cng
phần tử trong mô hình tính toán
- Đa dng về ti trọng : ti tập trung, phân b, nhiệt, vận tc góc ….
- Phần xử lý kết qu cao cấp cho phép vẽ các đổ thị, tính toán ti u …
- Có kh năng nghiên cu những đáp ng vật lý nh : trng ng suất, trng
nhiệt đ, nh hng ca trng điện từ.
- Gim chi phí sn xuất vì có thể tính toán thử nghiệm
- To những mẫu kiểm tra cho môi trng có điều kiện làm việc khó khăn.
- Hệ thng Menu có tính trc giác giúp ngi sử dng có thể định hớng
xuyên sut chng trình ANSYS.
Giao diện ca ANSYS Workbench có ba phần chính :
- Phía trên là các thanh công c h tr
- Phía bên tay trái là hp thoi Toolbox ni cha những mô đun mƠ có thể sử
dng khi thao tác với phần mềm.
- Phần giữa là màn hình chính Project Schematic.
13

Hình 2.1 : Giao diện ANSYS 14
Trong hp thoi Toolbos\Analysis system gồm 17 mô đun tng ng với 17
Hình 2.2: Trình tự để gii mt bài toán ANSYS 14
Chọn hệ thng phân tích thiết lập các
thuc tính vật liệu
Thiết lập mô hình phần tử hữu hn(phần
tử lới)
Thiết lập các điều kiện biên ca bài toán
(Ràng buc, ti, …)
Gii (Phân tích)
Xử lý và xem kết qu
Xây dựng mô hình hình học
15
2.2. Lý thuyt v điu kin biên.
2.2.1.ăĐnhănghƿaăđiu kin biên.
Trong mô phng s, thực tế là rất khó khăn để mô phng toàn b không gian
bài toán kho sát. Thông thng chúng ta chỉ chọn mt vùng quan tơm để mô
phng. Vùng mô phng đó có mt biên bao quanh miền môi trng. Mô phng s
cũng phi quan tâm tới quá trình vật lý trong vùng biên. Trong hầu hết các trng
hp, điều kiện biên là rất quan trọng cho mô phng quá trình vật lý ca bài toán.
Lựa chọn điều kiện biên khác nhau có thể dẫn đến các kết qu mô phng rất khác

cần có mt hiểu biết tt về bn chất vật lý ca ràng buc đó vƠ thiết lập điều kiện
biên sao cho phù hp.
2.3. Các dngăđiu kin biên trong ANSYS CFX. [7]
Trong CFX, khái niệm điều kiện biên dùng để đặt các tính chất hoặc điều kiện
cho các mặt ca miền tính toán, để định nghĩa đầy đ mô hình. Lựa chọn kiểu điều
kiện biên nào cho biên ph thuc vƠo đặc tính ca mặt biên đó.
Biên chất lng (fluid boundary).
Biên chất rắn (solid boundary).
Fluid-fluid interface.
Fluid-solid interface.
Solid-solid interface. Hình 2.3 :Điều kiện biên trong mô hình đa pha.

17
Biên chất lng (Fluid boundary) là mặt ngoài ca miền tính toán chất lỏng vƠ đc
cung cấp những kiểu điều kiện biên sau:
Inlet - chất lng đi vƠo miền tính toán.
Outlet – chất lng đi ra miền tính toán.
Opening – chất lng đồng thi c vào hoặc ra miền tính toán. Điều kiện này
không đc dùng với miền tính toán đa pha.
Wall – biên giới hn dòng chy.
Symmetry – biên định nghĩa mặt đi xng ca mô hình hình học và và mô hình
vật lý ca dòng.

Hình 2.4 : Các điều kiện biên c bn định nghĩa mt dòng chy
2.3.1. Kiu biên INLET.
Biên Inlet đc dùng khi dòng chy đi vƠo miền tính toán chiếm u thế. Tuy
nhiên biên inlet cũng cho phép dòng chy đi ra trong trng hp ta lựa chọn thiết

từ giá trị ngi dùng. Đầu vào hn hp chỉ có thể dùng nếu dùng mô hình Năng
lng tổng và chất lng lƠ nén đc.
2.3.2. Kiu biên OUTLET.
Biên Outlet đc dùng khi dòng chy đi ra miền tính toán chiếm u thế. Tuy
nhiên cũng ging nh biên inlet, biên outlet cũng cho phép dòng chy đi vƠo trong
trng hp ta lựa chọn thiết lập thành phần vận tc cho dòng ra.

Velocity specified condition
Với việc thiết lập đầu ra Outlet các
thành phần vận tc ca dòng chy đi
ra miền tính toán. Quá trình tính toán
ca phần mềm cho phép ti đó dòng
có thể đi vƠo miền tính toán.